JPS63308333A - 集積回路の接続方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は超伝導セラミクスを用いた集積回路装置のボン
ディング方法に関するものである。

従来の技術 超伝導体を用いた集積回路は、電気抵抗ゼロの超伝導体
を配線に用いることで回路時定数を著しく低減できるだ
けでなく、超高速ジョセフソンスイッチング素子やジョ
セフソン効果を応用した様々な機能デバイスが利用でき
るために、通常の半導体集積回路に比べて遥かに高速で
低消費電力な動作が可能であり、次世代の超高速集積回
路の有力候補として盛んに研究されている。また、マイ
スナー効果や量子効果を利用した高感度磁気センサーな
ど超伝導ならではのユニークなデバイスも開発され、医
療などの分野で一部実用化されているものもある。最近
のセラミクス系の高温超伝導体の発見によりこれらの超
伝導集積回路の実゛用化が更に促進されると期待されて
いる。

ところでこれら超伝導体を用いた集積回路を複数個組み
合わせて用いる場合、集積回路どうしの接続配線にも超
伝導体を用いることが当然考えられる。超伝導体を用い
たプリント基板や超伝導リードをもつパッケージなどが
その例である。このように集積回路内のみならずそれら
の周辺回路や接続配線等にも超伝導体を用いることでさ
らに高速で消費電力の小さいシステムが構築できる。

しかしながらこれら集積回路とパッケージのリード、あ
るいはパッケージとプリント基板との接続等、超伝導集
積回路の実装におけるボンディングは容易ではない。従
来、ニオブを用いた超伝導集積回路では、超伝導はんだ
とニオブとの接続強度がほとんどないために、パラジウ
ム等の中間層を設けて接続強度を高める等の工夫をして
いた。

パラジウムはニオブと充分な接続強度を有し且つ、はん
だに対しても接続強度があり、はんだと合金化してはん
だの融点を変動させないという優れた特長をもつが、超
伝導体ではないため、中間層として使用することにより
接続部分の超伝導が破れ、超伝導チップ間の高速信号伝
ばんを妨げるといった問題があった。中間層として超伝
導体であるタンタルを用いる試みもなされているが、タ
ンタルの転移温度が４．５にとニオブに比してもかなり
低く、また中間層を設ける際の蒸着やパターンニング等
の煩雑な工程が必要であった。

これを最近急速に研究の進んでいるセラミクス系の高温
超伝導体（例えば、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−○の化合物）を用
いた集積回路の実装に応用することを考えると、集積回
路内の超伝導体の転移温度が非常に高いのに比べて、接
続部での転移温度が液体ヘリウム温度ぎりぎりというの
は、大きな問題となって（る。

発明が解決しようとする問題点 前記したように、超伝導体を用いた集積回路によるシス
テムを構築する際、従来のように異種の超伝導はんだに
よるボンディング方法を用いていたのでは接続強度を得
るために中間層を設ける等の複雑な工程を要し、また接
続部分で超伝導が破れる、あるいは接続部分の超伝導転
移温度が他の配線部分に比べて低くなる等の問題点を有
していた。

本発明はかかる点に鑑み、高い超伝導転移温度を有し、
且つ容易にボンディングを実現することを目的とする。

問題点を解決するための手段 本発明は上記の問題点を解決するために、超伝導セラミ
クス電極の接続において、同種の高温超伝導体となるセ
ラミクス原料のベレットを接続部分に配置し、前記接続
部分に高温高圧印加することにより、前記セラミクス原
料を焼結させ超伝導体とするボンディング方法である。

作用 本発明は前記した方法により、集積回路チップとパッケ
ージリード、あるいはパッケージリードとプリント基板
等の超伝導セラミクス間の、接続強度をもった転移温度
の高い超伝導ボンディングが実現でき、集積回路内のみ
ならずそれらの周辺回路等を含めたシステム全体の超伝
導接続が可能となる。

実施例 第１図（ａ）〜（ｅ）は本発明の第一の実施例として、
超伝導セラミクス配線パッドを有する集積回路チップと
超伝導セラミクスからなるパッケージリードのボンディ
ングの順次の工程を示す断面図である。以下、図面にし
たがって順次説明する。同図（ａ）は集積回路の一部を
示しており、１は半導体等から成る基板、２は絶縁膜層
、３は超伝導セラミクス配線で、４の部分が配線パッド
である。まず同図（ｂ）に示すように、この配線パッド
の上部に適当な超伝導セラミクス原料のベレット（例え
ばイツトリウム、炭酸バリウム、酸化鋼の各粉末を充分
混合した物）５を配置しバンブを形成する。次に同図（
ｃ）に示すように超伝導セラミクスリード６を前記バン
ブ５の上部に配置し、さらに同図（ｄ）に示すように配
線パッドと同程度の断面積・形状をもつヒーター７で原
料ベレット５に例えば８００℃〜１２００℃の熱を加え
るとともに例えば１００　ｋｇ重程度の圧力でリード６
ごと押え込み、ベレット５を焼結させる。

同図（ｅ）は以上のような工程でボンディングを完了し
た状態を示している。前記原料ペレットは焼結して配線
パッドとパッケージリードを機械的にボンディングして
いると同時に、焼結したセラミクスは超伝導体８となっ
ており電気的にも良好な超伝導接続を実現している。こ
のようにして、従来の超伝導はんだを用いたボンディン
グ法等とは異なり、電極と同種の材料でボンディングを
行うためにぬれのよい強固なボンディングが実現できる
と同時に、集積回路内からパッケージリードまですべて
高温超伝導体で結ぶ配線が可能となる。

なお本実施例では一つのリードと一つの配線パッドのボ
ンディングについて示したが、フィルムキャリヤ方式等
のような多数のパッドとリードを同時にボンディングす
る方法にも容易に応用できるのはもちろんである。

第２図（ａ）、（ｂ）は本発明の第二の実施例として、
超伝導セラミクスリードを有するパッケージ済みの集積
回路と超伝導セラミクスからなる導電部（配線）をもつ
プリント基板とのボンディングの工程を示す断面図であ
る。同図（ａ）において２１はプリント基板、２２はプ
リント基板上に設けられた超伝導セラミクス配線、２３
は集積回路のパッケージ、２４は同パッケージの超伝導
セラミクスリード、２５は前記第１図（ｂ）に示したの
と同様の超伝導セラミクスの原料ペレットである。第２
図（ａ）に示すように、パッケージのリードとプリント
基板上の配線部分の接続部に前記原料ペレットを配置し
、次に、同図（ｂ）に示すようにヒーター２６で第１の
実施例同様熱と圧力を印加して前記原料ベレットを焼結
させる。

以上のようにして集積回路のプリント基板への超伝導実
装が可能となる。

なお、これらの実施例では、超伝導セラミクスを焼結さ
せるのにヒーターの接触加圧による方法を用いたが、電
流による加熱、超音波加熱、マイクロ波照射やレーザー
照射等、他の加熱方法を用いてもよい。

発明の効果 以上述べてきたように、本発明によれば、集積回路チッ
プとパッケージリード、あるいはパッケージリードとプ
リント基板等の超伝導セラミクス電極間の、接続強度度
をもった転移温度の高い超伝導ボンディングが容易に実
現でき、集積回路内のみならずそれらの周辺回路等を含
めたシステム全体の超伝導接続が可能となり、その実用
的効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一の実施例による集積回路とパッケ
ージリードのボンディングの工程を順次示す断面図、第
２図は本発明の第二の実施例による集積回路のプリント
基板への実装の工程を示す断面図である。 １・・・・半導体等の基板、２・・・・絶縁膜層、３・
・・・超伝導セラミクス配線、４・・・・同配線のパッ
ド部、５・・・・超伝導セラミクス原料ペレット、６・
・・・超伝導セラミクスリード、７・・・・ヒーター、
８・・・・焼結したセラミクス超伝導体、２１・・・・
プリント基板、２２・・・・超伝導セラミクス配線、２
３・・・・パッケージ、２４・・・・パッケージリード
、２５・・・・超伝導セラミクス原料ペレット、２６・
・・・ヒーター。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　ほか１名第１図 配腺バッド 第１図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）超伝導体セラミクスからなる電極の接続において
   、前記接続部分に超伝導体になるセラミクスの原料ペレ
   ットを配置し、前記セラミクス原料を焼結させることを
   特徴とする集積回路の接続方法。
2. （２）接続が、超伝導セラミクスからなる配線パッドを
   有する集積回路の前記配線パッドと超伝導セラミクスか
   らなる配線リードを有するパッケージの前記配線リード
   との接続であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の集積回路の接続方法。
3. （３）接続が、超伝導セラミクスからなる配線リードを
   有するパッケージと超伝導セラミクスからなる導電部を
   有するプリント基板との接続であることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の集積回路の接続方法。